[实用新型]自生成级联电源的级联型多电平逆变电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子的功率变换设备技术领域，特指一种级联逆变结构的新型D/A逆变电力电子技术，具体涉及单相、三相或其它多相的多电平逆变技术的拓扑结构。 

背景技术

目前常规的PWM单相D/A直接变换电路中，较常见的是全桥逆变电路，这种逆变电路电压利用率并不高，最大利用率只约0.7，这样输入直流电压将比逆变输出交流电压的有效值高出许多。那么在光伏储能逆变系统中，因直流电压较高而需串联很多的蓄电池，增加了系统维护难度，如果增加一级DC/DC升压电路，则又降低了整体变换效率，同时较高的直流电压也增加了变换系统器件耐压的要求。 

而在普通三相逆变电路中，如采用常规SPWM调制方法，线电压利用率最大只有0.61，当采用空间失量调制法（SVPWM）调制方法后，线电压利用率提高了一些，但也只有0.7左右，而相电压利用率则更低。

因此SPWM和SVPWM调制方法在常规逆变应用中，存在着电压利用率低的问题。为了能输出更大的逆变功率，就采用了多电平逆变技术，多电平逆变电路目前主要有电容飞跨型、二极管钳位型和H桥级联型等几种。多电平逆变器具有波形失真小、谐波含量低、开关器件工作频率低、开关损耗低等优点。但当逆变电平数较多时，电容飞跨型和二极管钳位型逆变存在电路结构及其控制复杂的问题，而H桥级联型多电平逆变虽具有级联简单，易于模块化等优点，但一个H桥一般需一个独立的直流电源，因此H桥级联多电平逆变电路存在着独立直流电源多的问题。 

发明内容

本实用新型是一种自生成级联电源的半桥级联型逆变电路，具有多电平逆变的一些特点，而输入直流电源只有一个，电路工作时能自动生成多级电源，提供半桥级联逆变电路的电源，从而大大提高了电压利用率。 

实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种自生成级联电源的多电平逆变电路，所述的逆变电路由多组半桥级联逆变电路连接而成，其特征为：在多组半桥级联逆变电路中的最上一级或最下一级的半桥级联逆变电路由输入直流电源供电，其余半桥级联逆变电路的电源均由最上一级或最下一级的半桥级联逆变电路的输入的直流电源间接供电。 

通过采用上述方案，这种自生成级联电源的多电平逆变电路，通过适当的控制方式，生成各级联半桥逆变的供电电源，从而大大减少了独立的直流电源数。 

本实用新型的进一步设置是：所述上一个半桥级联逆变电路的电源滤波电容负极接至下一级半桥级联逆变电路的输出端，各相邻半桥级联逆变电路的电容正极均连接有级联功率开关器件，最下一级的半桥级联逆变电路的电源由输入直流电源直接供电；或者所述下一个半桥级联逆变电路的电源滤波电容正极接至上一级半桥级联逆变电路的输出端，各相邻半桥级联逆变电路的电容负极均连接有级联功率开关器件，最上一级的逆变半桥由输入直流电源直接供电，在本实用新型技术方案中，所述的级联功率开关器件为电力电子开关器件或者二极管。 

通过进一步技术方案，达到的技术效果是： 

（1）逆变各级均是一个半桥级联逆变电路，上（下）一个半桥级联逆变电路的电容负（正）极接至下（上）一级半桥级联逆变电路得输出端，各半桥级联逆变电路的电容正（负）极均有级联功率开关器件相联，该级联功率开关器件在某些工作方式下可只用二极管，从而简化控制电路。

（2）逆变输入直流电源数可小于逆变级联数，最少时可只用一个输入直流电源。各级半桥级联逆变电路得电源可由级联功率开关器件和下级联半桥工作时产生。 

（3）当只用一个输入直流电源时，单相逆变电压利用率最大可达0.7N，N为级联数，在三相逆变中，线电压利用率最大可达0.61N，大幅提高了电压利用率，也降低了功率器件的耐压要求。 

（4）当各级联供电电压相等时，逆变输出电平数为N+1个，还可通过后级的电路，增加逆变电平数。 

（5）当各半桥级联逆变电路采用载波相移SPWM调制法时，由于这种方法能实现增频效果，则各半桥级联逆变电路的级联功率开关器件频率将大大降低，也就降低了功率器件的开关损耗。 

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。 

附图说明

图1   自生成级联电源的多电平逆变基本电路之一； 

图2   自生成级联电源的多电平逆变基本电路之二；

图3   单极性逆变应用电路；

 图4   含极性转换的逆变应用电路；

 图5   双相逆变应用电路；